06.14 元素週期表真的沒有盡頭嗎?

你還會背元素週期表嗎?

元素週期表真的沒有盡頭嗎?

來自世界各地的研究人員正競相試圖創造出週期表上的下一個元素——一個包含119個質子的原子,而此時,來自密歇根州立大學的一位科學家則是在研究元素週期表的盡頭。

現在,關於元素週期表何時終結,還沒有確切的結論。我們仍然還有很多東西有待發現。

根據核物理學家Witold Nazarewicz的說法,我們有充分的理由認為週期表不是無限的,但瞭解這一點並不能幫助我們預測其極限。

前,元素週期表的重量級冠軍、同時也是表中最後一項的元素是“氣奧”(oganesson),其短暫的化學反應現象顯示出了氣奧包含118個質子和176箇中子。

2016年,科學家把元素週期表中的118號元素命名為氣奧。這標誌著這一元素獲得了官方的承認。同時被命名的還有其它新加入週期表的新型超重元素(原子核殼模型理論):113號鉨(nihonium),115號鏌(moscovium)和117號石田(tennessine)。

這些人工合成的重型粒子代表了原子核物理領域的重要新前沿,舊的規則將不再適用。

“它們佔據著核世界的偏遠一隅,而我們對核世界的範圍還不甚瞭解,”Nazarewicz表示。計算機模型表明氣奧(Og)可能具有不尋常的電子結構。

理論認為,我們可以用一堆中子將質子組合起來,形成一個巨大的原子核,最多時可組合多達184個質子。 但是,即便我們將其稱為原子,這樣的規模是否已是極限,這些問題都仍處在爭論中。

有一個問題相當具有哲思——如果一個原子不能承載任何電子,那它還能叫原子嗎?

氣奧的半衰期僅有幾毫秒。這幾乎不是亞原子粒子的牢固結合款,但這段時間也足以讓一系列電子在再度分散之前安頓就位。

理論上,元素互相碰撞之後,核子之間可以緊密結合形成更大的原子核。但如果這些原子核在電子抓住它們之前就已經分崩離析了,那麼它們是否還可以被稱為原子家族的一員就值得深究。

假設這類半衰期極快的原子能夠足夠穩定直至承載電子。那麼,氣奧特殊的電子構成也將指向一個完全不同的瘋狂前景。

數量龐大的質子在一處聚集造成了靜電力的嚴重積聚,這不僅使電子難以維持預期的模式,而且造成了所謂的“庫侖阻挫”(Coulomb frustration)。

通常原子表面的能量足以將其拉成近似球形。當“庫侖阻挫”足夠大時,原子核就會形成凸起和空洞,從而讓原子本身變得不穩定。

這些超重元素可能在極個別特殊情況下會存在週期性的穩定島現象(核子物理穩定島理論),但這需要一些特殊的計算機模型來確定它們們的“庫倫阻挫”是否會造成嚴重後果。

量子效應和相對論效應共同在粒子的集聚上發揮作用,這使得我們很難預測那些超大型超重元素的特徵。

再次以氣奧為例,從質子的數量上判斷,氣奧屬於惰性氣體。但是,根據元素週期律與理論計算,氣奧可能會非常活潑(化學活潑性,易反應),而且它的體積使其在室溫下更不像氣體了。

如果新出現在週期表上的元素並不沿襲舊規則,那麼我們應該重新思考一下各個元素的關係。

明年,就是德米特里門捷列夫提出元素週期表的第150週年。

我們已經用了很長一段時間用新元素填補元素週期表,使其繼續適應既定的模式。

我們應該思索的是,我們還需要探索些什麼,是否需要重新思考整個元素表。

這不僅僅是一次學術演習, 雖然超重原子可能壽命很短,但超重原子的出現可能會告訴我們一些新情況,例如中子星等物體內部的極限物理等。

創造119號元素將開啟一個新時代,預示著元素週期表的一個全新的時期。

蝌蚪五線譜編譯自sciencealert.com,譯者晴空飛燕,轉載須授權

本文為蝌蚪五線譜原創,版權歸蝌蚪五線譜所有,任何媒體、網站或個人未經授權不得轉載,否則追究相關法律責任。如需轉載請訪問http://rightknights.com/pub/pub_author?greatAuthor=CIHHF&type=0獲得合法授權。


分享到:


相關文章: